医学成像技术概论

1、第一章 医学成像技术概论第一节 医学成像技术发展历程X射线是德国著名物理学家伦琴于1895年11月8日发现的，它的发现给人类历史和科技发展带来深远的影响。X射线被发现后，首先应用到医学诊断上，在随后的一百多年中，X射线在医学领域发挥了巨大作用。1896年，德国西门子公司研制出世界上第一支X线球管。20世纪10-20年代，出现了常规X线机。其后的体层装置、影像增强器、连续摄影、快速换片机、电视、电影和录像记录系统的应用，到20世纪60年代中、末期已形成了较完整的学科体系，称为放射诊断或放射学（radiology）。1972年，英国工程师汉斯菲尔德（G.N.Hounsfield）首次研制成功世界上

2、第一台用于颅脑的CT扫描机，是电子技术、计算机技术和X线技术相结合的产物，是1895年X线发现以来，医学影像设备的一个革命性进展，为现代医学影像设备学奠定了基础。20世纪80年代先后研制开发了超高速CT、螺旋CT。20世纪80年代初用于临床的磁共振成像（MRI）设备，80年代数字减影（DSA）和计算机X线摄影（CR）设备。20世纪50年代和60年代超声和放射性核素也相继出现，以及70年代末80年代初，超声CT、放射性核素CT、MRCT和数字影像设备与技术逐步兴起，并纳入数字化图像（PACS）普遍应用于临床，形成了医学影像诊断学。第二节 医学成像设备与技术现代医学影像设备可分为两大类，即医学影像

3、诊断设备和医学影像治疗设备，主要有几种类型：（1）X线成像；（2）磁共振成像；（3）超声成像；（4）核医学成像；（5）热成像；（6）光学成像（医用内窥镜成像）。X线成像设备 X线成像是通过测量穿透人体的X线来实现人体成像的。此类设备主要有X线机、数字X线摄影设备（DSA、CR、DR等）和X线计算机体层（X线CT）设备等。1诊断用X线机是基于X线透视原理的影像诊断设备，通过摄片透视两大类X线设备与技术适当选择及综合应用，适用于全身各系统，包括呼吸、循环、泌尿生殖、骨骼、中枢神经和五官等疾病的检查，可提供重要的和确切的诊断信息，已成为临床医学中不可缺少的重要组成部份。2X线计算机体层成像（CT）技

4、术自70年代初开始在临床应用以来，经过多次升级换代，由最初的普通头颅CT机发展到现在的高档滑环式螺旋CT（spiralCT；helicalCT）和电子束CT（electron beamCT；EBCT）。其结构和性能不断完善和提高，可用于身体任何部位组织器官的检查，因其密度分辨率高，解剖结构显示清楚，对病变的定位和定性较高，已成为临床常用的影像检查方法。3数字减影（DSA）技术是80年代继CT之后出现的一种医学影像学新技术，是影像增强技术，电视技术和计算机技术与常规的X线血管造影相结合的一种新的医学检查方法，也是数字X线成像技术之一。DSA是基于顺序图像的数字减影，将未造影的图像和造影的图像分别

5、经影像增强器增强，摄像机扫描矩阵化，经模/数转换成数字化，两者相减而获得数字化图像，最后经数/模转换成减影图像，其结果消除了整个骨骼和软件组织结构，浓度很低的对比剂所充盈的血管在减影图中显示出来，具有很强的对比度。用于机体各系统器官的血管造影，并广泛应用于临床。4磁共振成像技术磁共振成像（MRI）设备，通过测量构成人体组织的元素原子核的磁共振信号，实现人体成像。由于计算机的飞速发展，使磁共振计算机体层（MRCT）在医学影像学上得以应用，成为人体测量的新工具。MR成像解剖面定位完全是通过调节磁场，用电子方式确定的，是于20世纪70年代末继CT之后，借助电子计算机技术和图像重建数学的进展和成果而发

6、展起来的一种新型医学影像技术。因此能完全自由地按照要求选择剖面图，MR成像不用电离辐射。对显示解剖结构和病变较敏感；除了能进行形态学研究外，还能进行功能、组织化学和生物化学方面的研究，该技术在20年的时间内得到了广泛的应用并显示它的强大优势和所具有的潜力，使之成为目前发展最为迅速的医学影像技术之一。5超声成像技术超声成像设备分为利用超声回波的超声诊断仪和利用超声透射的超声计算机体层两大类。超声诊断仪根据其显示方式不同，可以分为A型（幅度显示）、B型（切面显示）、C型（亮度显示）、M型（运动显示）、P型（平面目标显示）等。目前医院中用得最多是B型超声诊断仪，俗称B超。利用超声多普勒系统，可实现各

7、种血流参量的测量，是近年来广泛应用的又一种超声技术。6核医学成像技术核医学成像是一种以脏器内外或脏器内正常组织与病变之间的放射性差别为基础的脏器或病变的显像方法。是通过有选择地测量摄入体内的放射性核素所放出的射线，实现人体成像。此类设备主要有相机、发射型计算机断层（ECT）、单光子发射型计算机体层（SPECT）和正电子发射型计算机体层（PET）。（一）相机既是显像仪器，又是功能仪器，是一种无创伤性的诊断仪器。（1）通过连续显像，追踪和记录放射性药物通过某脏器的形态和功能，进行动态研究；（2）由于检查时间相对较短，方便简单，特别适合儿童和危重病人检查；（3）由于显像迅速，便于多体位、多部位观察；

8、（4）通过对图像的相应处理，可获得有助于诊断的数据或参数。临床上可用它对脏器进行静感式动态照相检查；动态照相主要用于心血管疾病的检查。（二）发射型计算机断层（emission computed tomography，ECT）（1）ECT是继相机之后，又一重大发展的核素脏器显像仪器，其基本原理是在体外从不同角度采集体内某脏器放射分布的二维影像，而后经计算机数据处理重建，并显示出三维图像，并可获得脏器的水平切面（层面）、冠状切面及矢状切面或一定角度的剖面影像；不仅可以使定位准确，提高质量，还可为定量分析提供有关数据。ECT的主要特点是：A、可做体层显像，定位准确；B、可用来分析脏器组织的生理、代谢

9、变化，做脏器的功能检查。（2）SPECT有两种类型，多探头型（亦称扫描机型）和照相机型。多探头SPECT的探头由多个小型的闪烁探测器组成。照相机型的SPECT是由高性能、大视野、多功能的相机和支架旋转装置，图像重建软件组成，可进行多角度，多方位的采集数据。SPECT具有照相机的全部功能；加上各种新开发出来的放射性药物，从而在临床上得到日益广泛的应用。SPECT在动态功能检查或早期诊断方面有其独到之处。（3）PET是在现代核素脏器显像技术中处于前沿的一种新仪器。不仅克服了平面显像的缺点，而且大大地促进了核医学的发展，被认为在核医学上奠定了一个划时代的里程碑。PET可以用人体物质组成元素（如15O

10、、11C、13N等）来制造放射性药物，特别适合作人体生理和功能方面的研究，尤其是对脑神经功能的研究有独特之处。所获得的图像是反映人体生理、生化或病理功能的图像，被称为生化体层或生命体层，图像清晰、真实。 作为核医学成像设备与技术发展的新动向，PET将日益受到人们的重视，因为它是目前唯一能提供神经活动信息的医学仪器。几种医学影像设备的比较比较内容X-CTMRIUSPETDSA信息载体X线电磁波超声波射线X线检测信号透过的X线磁共振信号反射回波511keV湮没光子透过的X线获得信息吸收系数核密度，T1T2，血流速密度，传导率RI分布吸收系数结构变化物体组成和密度不同，电子密度不同物体组成，生理、生化变化人体组织弹性和密度改变标志物的不同浓度物体组成和密度不同，电子云密度不同影像显示器官大小与形状（二维）人体组织中形态、生理生化状态变化（二、三维）器官大小与形状（二维）示踪物的流动与代谢（三维）组织中充满吸收物所占位置（二维）成像平面横向任何平面任何平面横向纵向成像范围断面（方向）有限全身断面（方向）自由全身全射（纵轴向）空间分辨率1MM1MM2MM10MM，3MM0.5MM影像特点形态学形态学线性动